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Organização de mercados produtores (Wholesale Markets)

João Tomé Saraiva (jsaraiva@fe.up.pt)FEUP, Setembro de 2002

Organização de mercadosde electricidade

n Tópicosu Introduçãou Modelos de mercados de electricidadeu O modelo em pool

F Aspectos geraisF EstruturasF Selecção de apostas

u O modelo de contratos bilateraisF Contratos físicosF Contratos de tipo financeiro

• Diferenças, futuros e opções

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Introdução

n No passado, o negócio de produção de electricidade estava incorporado em companhias verticalmente integradas;

n Estas companhias eram pagas de acordo com o custo de serviço e os preços incluíam componentes relacionadas com a produção, transmissão e distribuição;

n Numa primeira fase da restruturação, diversos países admitiram IPP -Independent Power Producers;

Introdução

n Os IPP eram pagos tipicamente a custos evitados;

n Esta estratégia existia por exemplo em:u nos USA de acordo com o PURPA. Em 1996

cerca de 60% das novas centrais eram independentes das empresas tradicionais;

u em Portugal:F Decreto Lei 189/88 de 27 de Maio;F alterado pela Portaria 57/2002 de 15 de Janeiro;F o esquema de remuneração de 1988 revelou-se

muito atractivo - cerca de 16% da energia provém de mini-hídricas, cogeração e parques eólicos;

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Introduçãon No entanto, no âmbito da

implementação de mecanismos de mercado, não há razão para considerar a produção como um monopólio natural;

n Há hoje muitas experiências de de mercados competitivos de produção de energia eléctrica;

n Há diversas formas de organizar esses mercados;

Introdução

n Tipos de organização:u Mercados por grosso centralizados - entidades de

tipo PX - Inglaterra&Gales, Noruega/Suécia, Argentina, Chile, Directiva Europeia 96/92/CE com Single Buyer;

u Contratos Bilaterais:F podem coexistir com o PX - Califórnia,

Noruega/Suécia, NYPP, PJM, Espanha, …; F no ERCOT (Texas) correspondem à forma básica

de relação entre agentes;F Directiva Europeia com Third Party Access;

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Introdução

n Entrada no sistema:u planeamento centralizado em companhias

verticalmente integradas; u produtores independentes - Power Purchase

Agreements, PPA -F como em Portugal com duas centrais de ciclo

combinado - acordos a longo prazo;u através de apostas e concursos de acordo com

uma das possibilidades previstas na Directiva Europeia 96/92/CE;

u Entrada livre a novos investimentos - Espanha, Argentina, Chile, Austrália, ...

O Modelo em Pooln Caracterização geral:uhá uma entidade que recebe ordens de

venda comunicadas por produtores; uessa entidade também recebe ordens de

compra emitidas por distribuidores, comercializadores ou consumidores elegíveis;

uestas ofertas podem ser mais ou menos complexas, mas incluem tipicamente o preço e a quantidade disponível;

uhá um mecanismo de tipo bolsa para casar as ofertas de compra e venda;

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O modelo em Pool

Congestio -namento

Produtores

Comercializadores

ConsumidoresElegíveis

Operadorde

MercadoPool

Propostas:. preço;. potência;. nós;

Restrições de rede

Despacho dos

geradores

Despacho dos serviços auxiliares

Informação para redes de transmissão

Operadorde

SistemaISO

Potênciae nós.

O Modelo em Pool

n Dependendo de cada país, o OM, OS e as companhias de transmissão podem corresponder a entidades diferentes ou estar integradas na mesma companhia:una Argentina:

FCAMMESA é o OM;FTRANSENER é a companhia de

transporte;

una Espanha:FCOMEL é o OM;FREE é a companhia de transporte;

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O Modelo em Poolu Na Inglaterra&Gales:

F NGC é o OM, OS e é a proprietária da rede de transmissão;

u na Califórnia há:F CalIso - California ISO - OS;

F PX - Power Exchange;F PG&E, SCE and SDG&E detêm redes de

transmissão;

u na Noruega e Suécia:F Nord Pool é o OM;F Statnet e Svenska Krafnat detêm redes de

transmissão;

O modelo em Pool

n O Pool:u Super-entidade que estabelece relações com

produtores, distribuidores, comercializadores e consumidores elegíveis e com o Operador de Sistema;

u Está encarregado de:F Realizar um despacho centralizado de acordo com

propostas recebidas. Pode ser:• simétrico ou assimétrico;• voluntário ou obrigatório;

F Realizar o relacionamento comercial entre participantes;

u Em alguns casos, algumas funções estão atribuídas ao ISO e/ou a operadores de redes, TSO;

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O Modelo em Pool

n Como funciona?u Tipicamente day-ahead markets;

F Hourly markets;F 30 minutes market – Inglaterra e Gales;

u Propostas:F geradores - o preço e a quantidade de energia; F distribuidores e consumidores elegíveis - o preço

que estão preparados para pagar e a quantidade pretendida;

u O Pool ordena as propostas e realiza um despacho económico centralizado baseado em preços e não em custos;

u Os geradores são pagos e as cargas pagam o preço de mercado – Market Clearing Price;

OperadorDe

Mercado

O Pool simétrico

n A produção e a carga apresentam propostas – a carga influencia o mercado;

n Para cada hora t teríamos:

quantidade

Preço das ofertas de compra

Preço das ofertas de venda

Quantidade negociadaMarket Clearing Quantity

Preço de MercadoMarketClearingPrice

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O Pool assimétrico

n Até Outubro de 2000, em Inglaterra e Gales eram apresentadas propostas de venda e comunicadas previsões de carga.

Quantidade(MW)

Propostas de venda

Previsões inelásticas de carga02h00 08h30 20h0002h30 09h00 20h30

Q1 Q2 Q3

Preço($/MWh)

CP3

CP2

CP1

CP – Clearing Price

Algumas Experiências - Inglaterra e Gales

n Em Outubro de 1997, foi decidido rever os mecanismos do Pool -> NETA- New Electricity Trading Arrangements;

n Em Julho de 1999, foi decidida a criação de:u Um mercado forward e um mercado de futuros;u Um mercado de curto prazo, day ahead;u Um mercado voluntário de balancing;

F Aceitação de propostas de incremento /decremento de produção e carga para assegurar o seu equilíbrio;

u Publicação do Balancing and Settlement Code;F Regras dos mercados e do processo de settlement ;

n NETAcomeçou a ser implementado em Outubro de 2000;

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O Modelo em Pool

n Problemas dos leilões:u Propostas simples versus complexas:

F As propostas de venda devem basear-se em custos variáveis (fuel, exploração e manutenção, …);

F Não devem incluir custos fixos;F Usualmente há informação técnica relativa a:

• rampas, tempos de resposta, blocos, custos de arranque e de funcionamento em vazio;

F Nestes casos - algoritmo de optimização mais complexo para integrar acoplamentos em períodos de transacção;

F Centrais hídricas – acoplamentos temporais;• Gestão centralizada da água;• Propostas por bacia, por blocos temporais;

Stranded Beneficts

O Modelo em Pool

n O processo de leilão – auction – decorre de uma forma mais eficiente se o número de participantes for elevado e se tiverem dimensão comparável; u Mais competição e volatilidade mais reduzida do

preço de mercado;

u Preço marginal – preço da última unidade que foi despachada;

Mãoinvisível do

mercado

quantidade

Preço das ofertas de compra

Preço das ofertas de venda

Market clearing quantityQuantidade negociada

Market clearingPricePreço de mercado

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O Modelo em Pool

n Leilão de preço marginal uniforme.u Em processos típicos de leilão, o Preço de

Mercado corresponde ao Short Term Marginal Price - STMP – do sistema;

u É o custo marginal da última unidade despachada (mais cara) e que ainda não está no limite;

u Cálculo complexo se existir:F Acoplamento entre períodos de negociação; F Componente hídrica elevada – mercado spot para

a água;F Rede de transmissão fraca – muitos

congestionamentos;

aargCdeOperação Custos

STMP∂

∂=

O Modelo em Pool

n Porquê utilizar preços marginais? uSe os geradores fossem pagos ao

preço incluído nas suas apostas, eles tentariam antecipar o preço de mercado e iriam apostar um preço um pouco inferior para serem despachados;

upor outro lado, teriam de incluir os custos fixos de modo a recuperarem esses custos;

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O Modelo em Pooln Porquê utilizar preços marginais?uSe todos os geradores receberem o

SRMC eles têm um incentivo para apostar a custos marginais:F isso irá aumentar a possibilidade de

serem despachados;F isto ainda permitirá que eles sejam

remunerados pelos seus custos totais, dado que o SRMC do sistema é superior à aposta de cada gerador;

Fa única excepção é o último gerador a ser despacha - este recuperaria o seu custo marginal;

O Modelo em Pooln Porquê utilizar preços marginais?uQuando participam no mercado, os

geradores tentam maximizar o seu lucro; uEsta maximização é garantida se forem

utilizados custos marginais;uSeja CP o preço de mercado, e TCi o

custo total do gerador i. Então:

)E(MCE

TCCP

0E

))E(TCE.CP())E(TCE.CPmax(

ii

i

i

=∂

∂=

=∂−∂

−

E é a energiaproduzida

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O Modelo em Pooln E quanto aos Custos Total e Variável?

n MCi é o custo marginal do gerador i;n ATCi é o custo total médio do gerador i;n AVCi é o custo variável médio do ger. i;n Será que é sempre possível recuperar os

custos Total ou Variável?

CP

MCi

ATCiAVCi

E

O Modelo em Pooln E quanto aos Custos Total e Variável?uSe MC>AVCi então o gerador recupera todos

os seus custos variáveis e, pelo menos, parte dos custos fixos;

uSe MC<AVCi então o gerador não recupera os seus custos e tem prejuízo se operar. Isto poderá levar à bancarrota da empresa e originar, no final, uma subida dos preços;

uSe MC>ATCi o sistema dá uma boa remuneração aos produtores. Isto constitui um incentivo para novos investimentos que originarão a descida dos preços.

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O Modelo em Pool

n Como são remunerados os custos fixos?uSe a capacidade instalada não for muito

elevada, o último gerador pode apostar o custo de PNS;

u Isto possibilita a recuperação dos custos fixos;

uEm alguns países, a margem entre capacidade instalada e carga é elevada tornando muito volátil a remuneração do gerador marginal;

O Modelo em Pool

n Como são remunerados os custos fixos?uPara diminuir essa volatilidade, o processo

de despacho na Inglaterra&Gales inclui um pagamento por capacidade declarada disponível:Fpara cada meia hora é calculado o valor do

LOLP do sistema;Feste valor juntamente com o VOLL - Value

of Load Losses - permite calcular o valor da energia não fornecida;

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O Modelo em Pooln Como são remunerados os custos fixos?

F Então, o Pool Purchase Price é dado por:

• PPP – Pool Purchase Price;• SMP – System Marginal Price;

F Se a capacidade declarada for elevada quando comparada com a carga, o LOLP é pequeno dando origem a um pequeno pagamento por capacidade;

F Se a capacidade declarada for pequena quando comparada com a carga, o LOLP é elevado dando origem a uma remuneração elevada por capacidade;

)SMPVOLL.(LOLPSMPPPP −+=

O Modelo em Pooln Integração de propostas de hídricas

u as centrais hídricas podem apostar como se fossem centrais térmicas;

u portanto, as hídricas tentam substituir a última central térmica que foi despachada;

u isto significa que as hídricas podem ter remunerações muito elevadas com custos muito reduzidos (especialmente se o período de amortização tiver já terminado);

u isto é ainda mais crítico considerando que as concessões foram atribuídas durante períodos regulados;

u isto origina um benefício ocioso (stranded benefit);

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O Modelo em Pool

n Integração de propostas de hídricasu outra dificuldade resulta do facto de centrais

hídricas existentes no mesmo rio terem proprietários diferentes;

u a operação de uma delas afecta os rendimentos das outras - cascatas;

u assim, há necessidade de criar um mercado para a utilização de água - desacoplado do mercado da electricidade;

u isto pode ser conseguido com contratos ou com um mercado spot da água para remunerar os reservatórios;

Contratos Bilaterais

n As companhias produtoras, distribuidores, consumidores elegíveis e comercializadores são livres para negociar:u duração, quantidade, preço, qualidade, …u os participantes podem ser chamados a

fornecer potência para compensar perdas ou outros serviços auxiliares em quantidades correspondentes às potências contratadas;

u quer os vendedores quer os compradores terão de procurar os melhores contratos;

u os consumidores têm o direito de escolha;

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Contratos Bilaterais

n As funções técnicas e comerciais são separadas; u Relacionamento comercial directo entre os dois lados;

n Há necessidade de algum grau de coordenação técnica;u Para lidar com congestionamentos e questões de

segurança - ISO;n ISO deverá ter o poder de alterar despachos e valores

contratados se houver violação de restrições –transparência;u Priorização de transacções – menos transparente;u Mercados de ajustes – incrementos e decrementos;

n Os contratos podem ser físicos ou financeiros (ex. CfD’s);

n Em muitos países eles coexistem com o Pool;

Estruturas mistas - Pool & Contratos

Potênciae nós.

Congestio -namento

Congestio -namento

Produtores

Comercializadores

ConsumidoresElegíveis

Operadorde

MercadoPool

Propostas:. preço;. potência;. nós;

Restrições de rede

Despacho dos

geradores

Despacho dos serviços auxiliares

Informação para redes de transmissão

Operadorde

SistemaISO

Potênciae nós.

Contratos Bilaterais Físicos

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Contratos Bilaterais

n Exemplo - Califórnia:u existe um PX - mercado spot em pool;u há diversos Scheduling Coordinators que são

responsáveis por preparar conjuntos equilibrados de transacções nas áreas regionais respectivas;

u os despachos preparados pelo PX e pelos SC são comunicados ao ISO para validação técnica;

u se há restrições violadas, o ISO utiliza as apostas de incremento/decremento de modo a eliminar as violações;

Contratos Bilateraisn Exemplo - Califórnia:

u Os SC que forem autorizados pelo ISO a utilizar ramos congestionados pagam uma Usage Charge de acordo com o valor marginal de um incremento dos kw de capacidade desse ramo;

u a mesma Usage Charge é utilizada para compensar os SC que aliviam o sistema de transmissão com counter flows ;

u as mesmas apostas para incrementar/ decrementar as injecções são utilizar para acomodar geradores must run (centrais nucleares e fios de água);

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Contratos Bilateraisn Exemplo - Califórnia:

u neste caso, os mercados spot de electricidade coexistem com um sistema baseado em contratos bilaterais;

u isto é um incentivo a uma operação mais eficiente do mercado spot;

u a operação deste sistema pode ser muito complexa se os sistema de transmissão estiver muito congestionado;

u neste caso, a posse de Direitos de Transmissão revela-se crucial;

u isto pode ser interpretado como um retorno a estruturas verticalmente integradas;

Contratos de tipo financeiro

u Em geral, os contratos são usados para lidar com a volatilidade dos STMP;

u Eles podem não afectar o despacho;F Instrumentos financeiros para:

• tornar o fluxo financeiro mais previsível; • facilitar a justificação de investimentos;

u Em alguns países, apesar da existência do mercado spot, os contratos financeiros são a forma predominante de realizar as transacções;F Contratos às Diferenças, CfD´s;F Futuros e Opções.

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Contratos de tipo financeiro – CfD´suContratos às Diferenças – CfD´s

FUm produtor e um comercializador ou consumidor elegível estabelecem um contrato indicando um Preço Alvo,Price Target, PT;

FSe no mercado spot:• STMP < PT o comercializador ou consumidor

elegível pagam a diferença (PT-STMP).Energia ao produtor;

• STMP > PT o produtor paga a diferença (STMP-PT).Energia ao comercializador ou consumidor elegível;

FEste mecanismo torna o fluxo financeiro (pago e recebido) mais estável e previsível;

Contratos de tipo financeiro – CfD´s

uContratos às Diferenças – CfD´s

t

Preço$/MWh

Preço AlvoTargetPrice

Geradores pagam as cargas

Cargas pagamaos geradores

Preço de MercadoMarket Price

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Contratos de tipo financeiro –futuros e opções

u São mecanismos financeiros importantes porque a electricidade não é uma verdadeira commodity:F Não pode ser armazenada de forma massiva;F Têm de se verificar as Leis de Kirchoff;

u Normalmente existem mercados centralizados e um conjunto de produtos estandardizados;

u Num Contrato de Futuros, uma entidade reserva para si a utilização de uma quantidade de um recurso a um dado preço ao fim de um certo tempo;F Mais arriscado se o preço spot evoluir para valores muito

inferiores;u Numa Opção uma entidade reserva para si a utilização ou

não de uma quantidade de um recurso a um dado preço; u Estes contratos podem ser transaccionados em mercados

específicos – Ex. Mercado de Futuros da BVLP;

Contratos de Futuros/Opçõesn Exemplo histórico:uAristóteles de Siracusa tinha um

elevado número de olivais;unum dado ano, ele previu que iria

haver uma sobre-produção;uele reservou a utilização dos lagares

durante um certo número de dias;uquando foi realizada a colheita:

Fele utilizou o lagar em alguns desses dias;

Fvendeu a opção da sua utilização nos restantes dias;

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Contratos de tipo financeiron Exemplos:

u na Noruega/Suécia, só 16% da energia é transaccionada no NordPool – PX do sistema; F No entanto, os preços do PX constituem indicadores

muito fortes para as entidades contratantes;

u Até Outubro de 2000, em Inglaterra e Gales cerca de 90% da energia consumida e transaccionada no Pool estava coberta por Contratos às Diferenças; F Isto significa que só 10% da energia acabava por

transaccionada ao preço STMP.

Contratos de Futuros/Opções

n Exemplos:u Um bom exemplo ocorre no NordPool,

Noruega&Suécia, em que existem os seguintes produtos standard:F contratos semanais para carga base - 168

horas;F contratos semanais para carga diária - 75

horas por semana, das 7.00 am até ás 21.00 pm, de segunda a sexta;

F contratos semanais para carga nocturna - 93 horas por semana;

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Conclusões, 1

n Existe uma grande variedade de estruturas organizativas dos mercados;

n Essas estruturas têm cristalizado em três variantes:u Pool:

F obrigatório ou não;F simétrico ou não;

u contratos bilaterais;u organização mista - mais comum;

Conclusões, 2n Dependendo das formas organizativas podem existir

mercados secundários para diversos serviços auxiliares;

n Os contratos de tipo financeiro, não afectando directamente o despacho, aumentam a flexibilidade de operação do sistema:u Contracts for Differences ;u Contratos de Congestionamento;u Contratos de Futuros;

n A restruturação fez aparecer novos agentes e criou trajectos diferentes para o dinheiro, para a energia e para a informação.